水處理方法與原理之硬水軟化法

硬水的軟化需使用離子交換法，它的目的是利用陽離子交換樹脂以鈉離子來交換硬水中的鈣與鎂離子，靠此來降低水源內之鈣鎂離子的濃度。其軟化的反應式如下:

Ca²⁺+2Na^-EX→Ca^-EX₂+2Na⁺¹

Mg²⁺+2Na^-EX→Mg^-EX₂+2Na⁺¹

式中的EX表示離子交換樹脂，這些離子交換樹脂結合了Ca²⁺及Mg²⁺之后，將原本含在其內的Na⁺離子釋放出來。

現在市面上出售的離子交換樹脂為球狀的合成有機物高分子電解質。樹脂基質(resin matrix)內藏氯化鈉，在硬水軟化的過程中，鈉離子會逐漸被使用耗盡，則交換樹脂的軟化效果也會逐漸降低，這時需要作還原(regeneration)的工作，也就是每隔固定時間加入特定濃度的鹽水，一般是10%，其反應方式如下:

Ca^-EX₂+2Na^{+　(濃鹽水)}→　2Na^-EX+Ca²⁺

Mg^-EX₂+2Na^{+　(濃鹽水)}→　2Na^-EX+Mg²⁺

如果水處理的過程中沒有陽離子的軟化，不只是逆滲透膜上會有鈣鎂體的沉積以致降低功效甚至破壞逆滲透膜，同時病人也容易得到硬水癥候群。硬水軟化器也會引起細菌繁殖的問題，所以設備上需要有逆沖的功能，一段時間后就要逆沖一次以防止太多雜質吸附其上。另一個值得注意問題的是高血鈉癥，因為透析用水的軟化與再還原過程是靠定時器來控制，正常情況還原作用大多發生在半夜，這是靠閥門在控制，如果發生故障，大量鹽水就會涌進水源，進而造成病人的高血鈉癥。